CN102030001A - 自动再起动车辆发动机的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自动再起动车辆发动机的系统和方法，其中该方法，包括接合可驱动地连接发动机和车辆车轮的变速器档位，维持当前制动压力高于参考制动压力，开始自动发动机再起动，使用计时器在预定长度的时间段内倒计时，使用泵产生足以抑制由再起动发动机所产生的车轮扭矩湍振并维持车辆静止所需大小的制动压力，以及如果计时器期满或出现发动机转速峰值则释放制动压力。本发明所公开的自动发动机再起动过程平滑且令人舒适。

Description

自动再起动车辆发动机的系统和方法 
技术领域
本发明总体上涉及可应用于混合动力电动车辆(HEV)的车辆动力系。更为具体地，本发明涉及在控制发动机再起动时主动使用车轮制动器的系统和方法。 
背景技术
HEV为将包括多级自动变速器和内燃发动机的常规驱动系统与包括电动马达和蓄电池的可充电能量存储系统组合在一起以相对于传统车辆改进燃料经济性的车辆。 
机动车辆可设计为采用混合动力电动车辆技术的某些方面而不使用混合动力电动力系。这种具有传统动力系但没有电机用于驱动车轮的车辆(称作微混合动力电动车辆(micro-HEV))使处于怠速的发动机停机以减少燃料消耗并在车辆停止时降低排放。 
在车辆正常运转期间，会发生很多车辆必须停止的情况：交通信号灯处、人行横道、停车标记等。在微HEV中，如果不需要动力(例如在交通信号灯处等待时)则发动机停止。一旦需要动力，则发动机自动再起动。通过避免不必要的发动机怠速事件，改善了车辆燃料经济性。出于该目的，需要在满足某些发动机停止状况时尽可能多地停止发动机功能。 
在装配有自动变速器的HEV中，动力系扭矩峰值伴随着法动机起动过程并几乎与发动机转速增加同步发生。该动力系扭矩峰值扰动由变矩器在发动机再起动事件期间产生，并且如果发动机在档位上再起动则被传输至车轮。该动力系扭矩峰值扰动可产生高达0.26g的前向加速脉冲，使车辆产生令人不适的猛冲。 
发动机在档位上再起动期间发生的另一扭矩扰动为通过传动系传输至车轮 的坡度负载扭矩TRL。TRL＝mg sinθ，其中m为车辆质量，且θ为道路坡度角。 
在基于制动的被动车轮扭矩扰动抑制控制策略中，必须增加制动器主缸压力阈值(其启动发动机停机行为)以确保满足被动制动压力控制运转。不幸的是，增加的制动压力阈值不利于燃料经济性，因为执行的发动机停机行为将减少。基于制动的被动车轮扭矩扰动抑制控制性能主要受到驾驶员的驾驶习惯的影响，因为需要猛烈制动(hard braking)以驱动发动机停机功能。发动机停止/起动功能的连贯性以及导致的燃料经济性评级也因驾驶员而异。 
行业中需要在微HEV中在发动机停止和再起动期间抑制扭矩喘振并在车辆启动期间和系统触发的发动机自动起动期间发动机再起动时维持车辆静止的技术。 
发明内容
本发明提供了一种再起动车辆发动机的方法，包括接合可驱动地连接发动机和车辆车轮的变速器档位，维持当前制动压力高于参考制动压力，开始发动机自动再起动，使用计时器倒计时预定长度的时间段，使用泵产生足以抑制由再起动发动机所产生的车轮扭矩喘振并维持车辆静止的所需大小的制动压力，以及如果计时器期满或发生发动机转速峰值则释放制动压力。 
本发明还公开了一种再起动车辆发动机的方法，包含下列步骤：(1)接合可驱动地连接发动机和车辆车轮的变速器档位；(2)如果当前制动压力小于参考制动压力，则使用泵以产生足以抑制由再起动发动机所引起的车轮扭矩喘振并保持车辆静止的所需大小的制动压力；(3)维持制动压力等于或高于所需制动压力；(4)开始自动发动机再起动；(5)使用计时器在预定长度的时间段内倒计时；(6)释放制动压力。 
本发明还公开了一种自动再起动车辆发动机的系统，包含：用于驱动车辆的车轮；用于交替阻碍并释放车轮旋转的车轮制动器；用于加压车轮制动器的制动系统；发动机；档位接合的变速器，发动机通过变速器档位可驱动地连接车轮；以及控制器，配置用于维持当前制动压力高于参考制动压力、开始自动发动机再起动、设定计时器以在预定长度的时间段内倒计时、启动泵以产生足 以抑制由再起动发动机所产生的车轮扭矩喘振并维持车辆静止所需大小的制动压力、以及释放制动压力。 
本发明还公开了一种自动再起动车辆发动机的系统，包含：用于驱动车辆的车轮；用于交替阻碍并释放车轮旋转的车轮制动器；用于加压车轮制动器的制动系统；发动机；档位接合的变速器，发动机通过变速器档位可驱动地连接至车轮；以及控制器，配置用于如果当前制动压力小于参考制动压力则启动泵以产生足以抑制由再起动发动机所引起的车轮扭矩喘振并保持车辆静止的所需大小的制动压力、维持当前制动压力等于或高于所需制动压力、开始自动发动机再起动、设定计时器以在预定长度的时间段内倒计时、并释放制动压力。 
为了解决微HEV的车轮扭矩扰动抑制问题而不牺牲燃料经济性和控制连贯性，已经开发出了主动制动辅助车辆启动(ABAVS)控制策略。 
一旦驾驶员驱动的制动压力不够用于车轮扭矩扰动抑制，则控制策略激活液压制动阀和泵马达以将制动管道压力主动增加至P_ABAVS压力并在其后将压力维持在P_ABAVS。启动行车制动泵马达以在再起动期间在发动机转动起动的同时驱动泵。 
发动机转动起动噪音将掩盖泵噪音，这样不会发生底盘NVH问题。 
与不具有发动机停止和再起动功能的传统车辆相比，自动发动机再起动过程平滑且令人舒适。控制性能与驾驶员的驾驶预期相一致。 
在驾驶员释放制动器并准备行驶时，ABAVS功能有助于车辆以驾驶员触发的发动机再起动而启动。这还有助于在系统触发的自动发动机再起动事件期间在驾驶员释放制动踏板之前保持车辆静止。 
根据具体实施方式、权利要求和附图，优选实施例的应用范围将变得显而易见。应理解，尽管描述和具体示例指示了本发明的优选实施例，其仅作为说明而给出。对所描述的实施例和示例的多种改变和修改对本领域技术人员将变得显而易见。 
附图说明
图1为微HEV动力系的示意图。 
图2为显示了ABAVS控制器一部分的示意图。 
图3包括了在斜坡(坡度为正，处在-3％和+3％范围内)上在ABAVS控制下发动机再起动期间动力系变量的曲线。 
图4包括了在斜坡(斜率为负，处于等于或小于3％的范围内)上在ABAVS控制下发动机再起动期间动力系变量的曲线。 
图5包括了图4在替代ABAVS控制下发动机再起动期间动力系变量的曲线。 
图6包括了在向下斜坡上在ABAVS控制下发动机再起动期间动力系变量的曲线。 
图7A、7B和7C说明了控制发动机再起动的算法步骤的逻辑流程图。 
具体实施方式
结合附图参考下列描述，本发明将更易理解。 
现在参考附图，图1的微HEV动力系10包括动力源12(例如内燃发动机)；增强发动机起动马达14；自动变速器16；输入轴18；通过轴18可驱动地连接至发动机的叶轮20；被叶轮流体动力驱动的涡轮22；变速器输出24；连接至输出的主减速器机构26；电动辅助液压泵(EAUX)28，其输出对变速器的液压系统加压；蓄电池30，其向泵28和起动机14供应电能；以及通过输出24和主减速器机构26可驱动地连接至驱动轮34、35的车桥轴32、33。 
车辆驾驶员在自动变速模式槽42内的P、R、N、D和L的位置范围内以及手动变速模式槽44内的升档(+)和降档(-)位置之间手动移动换档杆40。 
车辆驾驶员手动控制的加速踏板和制动踏板50、52分别向控制器46提供输入要求以分别改变发动机车轮扭矩及改变制动力。 
摩擦控制元件(即离合器和制动器)位于变速器16内部，其相配合的接合与分离的状态产生了前进档位和后退档位。当控制元件54、56中的至少一个(但优选为两个)同时结合时产生第一前进档(低档)。变速器摩擦控制元件被称为启动元件54、56，其接合将产生启动车辆的所需档位。 
当发动机12停机时电动辅助泵14产生的液压管路压力用于供液并压紧启 动元件54、56，从而使变速器16准备好一旦发动机完成重启便传输响应的扭矩。压紧启动控制元件54、56消除了控制元件中伺服活塞和摩擦盘组之间的间隙以及摩擦盘之间的间隙。当驱动启动元件的伺服缸中存在压紧压力时，启动元件54、56基本上没有扭矩传输能力。 
变速器16还包含液压泵53(例如内齿轮泵或叶轮泵)，其输出用于在变速器液压管路中产生压力，通过其将控制元件54、56加压至完全接合状态以配合发动机再起动方法。 
在发动机再起动事件期间，由来自电池30的电能驱动的行车制动泵马达58在车轮制动器78、79中产生并维持压力。 
基于微处理器的控制器46可访问主动制动辅助车辆启动(ABAVS)和发动机再起动控制算法70，其通过在通信总线上传递的电信号与发动机12、起动机14、变速器16、档位选择器40、电池30、辅助泵28、以及加速踏板和制动踏板50、52通信。 
图2示意说明了控制器46，其包括发动机控制模块59、制动系统控制60、以及变速器控制模块74。制动系统控制60(其包括ABAVS制动驱动器62)从制动驱动器及传感器接收输入信号并向其传递指令。发动机控制模块(ECM)64包括起动-停止调度程序(SSAT)66，其向底盘及动力系协调器(CPTC)68(其包括ABAVS发动机再起动控制算法70)传递发动机起动/停止要求和激活起动机14的要求。制动系统控制60和CPTC68通过高速控制器局域网(HS-CAN)72通信。 
通过总线72与CPTC68通信的变速器系统控制器74发送并接收代表变速器状态和变速器控制模式的信号。运转变速器控制元件54、56的伺服系统响应于这些信号接合并分离控制元件。 
控制方法使用制动器78、79以至少在驱动轮34、35上主动增加并维持制动压力，这样在车轮处抑制发动机再起动事件期间发生的动力系扭矩扰动和道路坡度负载扭矩。 
当由于驾驶员踩下制动踏板52而引起的制动压力不足以用于车轮扭矩扰动抑制时，ABAVS控制器46驱动行车制动器泵马达58和某些液压阀以在通过起动 机14转动起动发动机的同时使制动管道或叶轮腔压力增加至P_ABAVS程度。此后，ABAVS控制器46维持制动系统压力处于P_ABAVS程度直至出现发动机转速峰值。 
出于安全原因，ABAVS控制器46仅在发动机再起动事件期间作用预定时间段。如果发动机未适当起动，则在ABAVS计时器期满之后停用ABAVS控制。一旦加速踏板移动超过参考位移或当踩下制动踏板52时，取消ABAVS控制。 
在再起动事件期间，制动压力既不会过早降低(从而在被动轮处出现一部分动力系扭矩扰动)也不会过晚降低(从而由于制动力对抗车辆加速而导致劣化的车辆启动性能的损失)。 
当微HEV静止、制动踏板52被踩下、确定了道路坡度大小、发动机16停止、加速踏板50被释放、驻车制动器被释放、以及档位选择器40处于前进档位置或低速档位置范围时启动ABAVS控制器46。 
图3-6中说明了四种使用情况以表明ABAVS发动机再起动控制的功能。图3显示了在斜坡(坡度为正，处在-3％和+3％范围内)上ABAVS控制下发动机再起动期间动力系变量的曲线。在阶段A，车辆正在停止并在80处通过再起动要求开始发动机再起动之前变为静止。在阶段B，开始发动机再起动且变为持续燃烧。在阶段C，车辆向前缓慢移动并随着在上斜坡上车速增加而启动。 
曲线82代表了车辆停止时制动踏板52的应用及后续逐渐释放。 
曲线83指示了档位选择器40持续处于“前进”或“低速”位置。当车辆停止时，确定道路坡度的大小，驾驶员应用制动踏板52以保持车辆静止，且ABAVS控制启动。 
曲线84表示了发动机再起动之后加速踏板50的应用。 
从车轮34、35通过传动系传递至变速器16的道路坡度扭矩负载TRL为TRL＝mg sinθ，其中m为车辆质量，θ为道路坡度角。 
当驾驶员踩下制动踏板52以减速车辆时，制动器78、79中的制动压力86小于P_ABAVS 87。当驾驶员释放制动踏板52并准备加速车辆时，制动器78、79中的制动压力88保持不变，随后在80处开始发动机再起动时增加至高于 P_ABAVS 87，并在104处发动机转速峰值之后降低至零压力。 
曲线89代表了制动管路启动阀的启用和停用状态。由于制动管道压力不足以在发动机再起动时抑制动力系扭矩突变，将激活液压泵马达58以与发动机转动起动同时运行较短时间段以便使制动管道压力88增加至P_ABAVS 87。曲线90代表了液压泵马达58的启用和停用状态。 
曲线94显示了在发动机12停止且档位选择器40处于D档或L档位置之后启动ABAVS控制，并在发动机启动或ABAVS计时器100在102处期满后停止。曲线96代表了释放制动踏板52之后的主动ABAVS控制。 
在释放制动踏板50同时档位选择器40处于前向驱动位置(即前进档或低速档位置)时在80处通过使用起动机14转动起动发动机12来开始发动机再起动。 
控制器46在80处发动机开始再起动时设定发动机起动标记，设定发动机转速峰值经过标记、并在发生发动机稳定燃烧时设定发动机运行标记。 
当在80处发动机再起动开始时，ABAVS计时器100设定为校准级别102并开始倒计时106。如果ABAVS计时器100的校准级别102在发动机于108处起动之前期满，则立刻降低制动压力88。当发动机在106处起动时，无论计时器100是否已期满均立刻降低制动压力88。 
曲线112代表了108处发生发动机稳定燃烧之后车速从零开始增加。 
曲线114代表了在80处发生的发动机再起动要求的状态。 
曲线116代表了发动机转速，显示了在80处当起动机14转动起动发动机12时发动机再起动开始时发动机转速开始增加。发动机转速在第一发动机燃烧118之后继续增加，在发动机稳定燃烧期间在怠速120下维持相对稳定，并在发动机扭矩增加时进一步增加122。 
曲线124代表了车轮扭矩TWHL，其为在当前档位下车轮34、35处发动机曲轴扭矩TCRANK_WHL、车轮制动扭矩TBRK、以及车轮处的道路负载TRL之和(TWHL＝TCRANK_WHL+TBRK+TRL)。曲线126代表了当前档位下车轮34、35处发动机曲轴扭矩TCRANK_WHL。曲线128代表了车轮处道路梯度扭矩负载TRL，其 基本上维持为零。曲线130代表了车轮处的制动扭矩。取决于发动机12再起动得有多快，在再起动开始之后车轮缓慢移动扭矩的传递产生大约300-500ms的延迟。 
类似于图3的第一种使用情况，图4中所示的第二种ABAVS使用情况说明了发动机自动停止、车辆静止在斜坡(斜率为负，处于等于或小于3％的范围内)上、且驾驶员踩下制动踏板52所导致的制动压力足以使车辆保持在斜坡上但不足以同时抑制动力系扰动扭矩和道路坡度扭矩负载时的ABAVS控制功能。 
当驾驶员踩下制动踏板52以减速车辆、制动器78、79中的制动压力86高于斜坡保持压力85但小于可将车辆保持在斜坡上同时抑制动力系扰动扭矩的P_ABAVS87。当驾驶员释放制动踏板52并准备加速车辆时，制动器78、79中的制动压力保持不变，在发动机转动起动同时激活液压泵马达58运行较短时间段以便使制动管道压力88增加至P_ABAVS 87。随后在80处当发动机开始再起动时ABAVS控制增加高于P_ABAVS 87，并在104处发动机转速峰值之后使制动系统压力P_ABAVS降低至零。 
类似于第二种使用情况，图5中所示的第三种使用情况说明了发动机自动停止、车辆静止在斜坡(斜率为负，处于等于或小于3％的范围内)上、且驾驶员在81处部分释放制动踏板52时的ABAVS控制功能。驾驶员踩下制动踏板52所导致的制动压力足以使车辆保持在斜坡上但不足以同时抑制动力系扰动扭矩和道路坡度扭矩负载。当车轮34、35处产生的动力系扭矩足以抵消车辆坡度负载时释放ABAVS制动压力。 
在图6中，说明了系统触发的自动发动机起动事件以显示在81处驾驶员维持制动踏板52部分踩下时ABAVS如何主动增大制动压力88和制动扭矩130。在经过动力系扭矩126突变132之后，ABAVS制动管道压力被释放并降低至驾驶员当前输入程度。控制程序不提示驾驶员。 
图7A、7B和7C说明了用于控制发动机再起动事件的算法70步骤的逻辑流程图。在步骤160处，进行测试以确定制动系统是否运转。如果测试160的结果为逻辑假，则在162处禁用(即关闭)ABAVS系统，且控制返回步骤160。 
如果测试160的结果为逻辑真，则在步骤164处进行测试以确定发动机自 动停止是否已经发生。如果测试164的结果为逻辑假，则控制返回步骤160。 
如果测试164的结果为真，则在步骤166处进行测试以确定变速器16是否处于档位。如果测试166的结果为假，则控制返回步骤162。 
如果测试166的结果为真，则在步骤168处启动ABAVS控制。 
在步骤170处进行测试以确定在发动机再起动开始的情况下主缸压力是否高于使车辆保持在斜坡上并抑制由再起动发动机所导致的动力系扭矩喘振所需的压力(即P_ABAVS)。 
如果测试170的结果为假，则在步骤172处进行测试以确定是否制动踏板52被释放或者已经开始发动机再起动。如果测试172的结果为假，则在步骤174处进行测试以确定制动压力是否已由于踩下制动踏板52而增加。如果测试174的结果为假，控制返回步骤172。如果测试174的结果为真，则控制返回步骤170。 
如果测试172的结果为真，则在步骤176处将制动压力维持在其当前大小。 
在步骤178处，进行测试以确定是否在步骤200处指令发动机自动再起动。如果测试178的结果为假，则在步骤180处进行测试以确定是否已重新应用制动踏板52。如果测试180的结果为假，则控制返回步骤176。 
如果测试180的结果为真，则在步骤182处释放制动压力，且控制返回步骤170。 
如果测试178的结果为真，则在步骤184处将ABAVS计时器100设定为校准时间段长度。 
在步骤186处激活制动液压泵58以在步骤188处使用前馈或反馈控制使制动压力增加至P_ABAVS大小。其后，控制前进至步骤190，在该处计时器100倒计时。 
如果控制为前馈控制，则可产生可校准查值表以将制动泵马达58运转持续时间和P_hold_ini(激活ABAVS控制时的初始压力保持程度)与P_ABAVS之间的压力差相关联。当使用前馈控制时，以开环控制模式启动制动泵马达58某一长度的时间段以便补偿P_hold_ini和P_ABAVS之间的压力差。 
如果控制为反馈控制，以闭环控制制动管道/叶轮腔压力来记录参考P_ABAVS压力程度。 
由于前馈或反馈控制，在发生动力系扭矩突变的情况下制动压力将保持在P_ABAVS程度。这种车轮34、35处的扭矩扰动将被来自车轮制动器的反作用摩擦扭矩所抑制，且不会感觉到车辆UVA/UVM。动力扭矩突变发生之后立刻释放制动压力以便准备车辆缓慢移动和车辆驶离，或者使其返回至驾驶员制动压力输入程度。 
如果测试170的结果为真，在步骤192处进行测试以确定当前主缸压力是否小于或等于步骤194处所确定的使车辆保持在斜坡上并抑制动力系扭矩喘振所需的压力(即P_ABAVS)。 
如果测试192的结果为假，则控制返回步骤192。如果测试192的结果为真，则在步骤196处激活ABAVS控制并将制动压力保持在当前P_ABAVS大小以保持车辆静止。 
在步骤198处进行测试以确定在步骤200处控制器46是否发出发动机再起动指令。 
如果测试198的结果为真，则在步骤202处将ABAVS计时器100设定为校准时间段长度，并在步骤190处计时器100倒计时。 
如果步骤198的结果为假，则在步骤204处进行测试以确定驾驶员是否已经重新应用制动踏板52。如果测试204的结果为假，则控制返回至步骤196。如果测试204的结果为真，则在步骤206处停用ABAVS控制，释放制动压力P_ABAVS，且控制返回步骤170。 
在步骤208处，进行测试以确定是否已经踩下加速踏板50或已经重新应用制动踏板52。 
如果测试208的结果为假，则在步骤210处进行测试以确定计时器100是否已经期满或是否已经发生动力系扭矩喘振，其在步骤212处由出现发动机转速峰值104、或者超过发动机转速阈值且已经探测到发动机起动转速峰值、或者已经超过发动机转速阈值某校准持续时间且出现一定程度的校准发动机转速梯度、或者在道路坡度角大于上坡车辆启动阈值的情况下动力系车轮扭矩高于道 路坡度负载扭矩、或者探测到重新应用制动踏板所指示。 
如果测试208的结果为假，则在步骤210进行测试以确定计时器100是否期满或者动力系扭矩喘振是否已经发生，其在步骤212处由出现发动机转速峰值104所指示。 
如果测试210的结果为假(即计时器100未期满或已经出现发动机转速峰值)，则在步骤214处进行测试以确定发动机12是否已经失速且自动再起动。如果测试214的结果为假，则控制返回步骤190。如果测试214的结果为真，控制返回步骤202。 
如果测试210的结果为真或步骤208的结果为真，则在步骤216处停止并停用ABAVS控制，释放制动压力，且控制返回步骤160。 
当出现应用加速踏板或重新应用制动踏板时立刻结束ABAVS制动压力保持功能。此处，制动踏板重新应用定义为驾驶员使制动管道压力增加直至到达ABAVS压力保持程度。 
ABAVS控制包括使用单独的制动管路压力或叶轮腔压力而非制动主缸压力来确定控制行为的情况。 
根据专利法规的规定，已经描述了本发明的优选实施例。然而应注意，可采用与具体说明并描述的实施例有所不同的替代实施例。 

Claims (4)

1.一种自动再起动车辆发动机的系统，包含：
用于驱动所述车辆的车轮；
用于交替阻碍并释放所述车轮旋转的车轮制动器；
用于加压所述车轮制动器的制动系统；
发动机；
档位接合的变速器，所述发动机通过所述变速器档位可驱动地连接所述车轮；以及
控制器，配置用于维持当前制动压力高于参考制动压力、开始自动发动机再起动、设定计时器以在预定长度的时间段内倒计时、启动泵以产生足以抑制由再起动所述发动机所产生的车轮扭矩喘振并维持所述车辆静止所需大小的制动压力、以及释放所述制动压力。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制器进一步配置用于使用所述发动机加速所述车辆。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制器进一步配置用于使用关系式TRL＝mg sinθ确定道路坡度车轮扭矩，其中TRL为坡度车轮扭矩，m为车辆质量，且θ为相对于水平面的道路坡度角。
4.一种再起动车辆发动机的方法，包含下列步骤：
(1)接合可驱动地连接所述发动机和所述车辆车轮的变速器档位，
(2)维持当前制动压力高于参考制动压力，
(3)开始发动机自动再起动
(4)使用计时器在预定长度的时间段内倒计时；
(5)使用泵产生足以抑制由再起动所述发动机所产生的车轮扭矩喘振并维持所述车辆静止的所需大小的制动压力；
(6)释放制动压力。
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